ETAP的三相短路电流计算与传统实用计算比较分析_张慧华

0 前言同样取一远小于电抗的值 即认为电阻为零 在电压修正系数上 选择用 户自定义方式 使其设置与实用计算一致 短路是电力系统的严重故障 发生短路时 短路回路的阻抗很小 短 1 2 短路电流峰值 冲击电流 的计算 路电流很大 其值远远大于额定电流 过大的短路电流会使电气设备过热 或受电动力作用而遭到损坏 同时使系统电压大大降低 破坏用电设备的 正常工作 为了消除或减轻短路的后果 就需要计算出短路电流 用以正 确选择电气设备 合理配置继电保护和自动装置 短路电流计算的的一个关键问题是短路电流计算方法的精确性 目前 世界上两个应用较广的短路电流计算标准分别是国际电工委员会的 IEC909标准和美国的ANSI标准 我国的国家标准 三相交流系统短路电流 计算 等效采用了国际电工委员会的IEC909标准 ETAP Electrical Transient Analysis Program 是国际通用的电 力系统分析计算软件 目前 ETAP软件包含了短路电流计算在内的二十多 个模块 其中短路电流计算模块提供了IEC和ANSI两种短路电流计算标 准 用户可以通过界面操作自行选择 本文选择ETAP软件的IEC标准短路 电流计算模块对三个小系统算例进行仿真计算 并将计算结果和传统实用 计算结果比较 分析 为应用ETAP软件进行短路电流计算的读者提供几点 参考结论 1 ETAP的IEC标准短路电流计算与传统实用计算比较 1 1 三相短路电流初始值 次暂态电流 的计算 根据IEC标准 对于网状电网内的三相短路 在短路点用一等效电压 式中 假定系统短路点的故障前的电压为 线电压 是短路 点的系统标称电压 c是 与相对应的电压修正系数 在计算短路电流最 大值时取其最大值 在计算短路电流最小值时取其最小值 IEC标准规定 小于1000V的低压系统 1 1 0 95 大于 1000V的中高压系统 1 1 1 0 1 3 电压修正系数c的取值与 每个国家的电力系统最高和最低允许运行电压有关 ETAP软件为用户提供 了三种选择电压修正系数c取值的方式 最大 最小或用户自定义 用户 可根据需要自行选择 如果用户选择自定义方式时输入的电压修正系数 c大于IEC标准规定的 或小于 ETAP将分别自动取 或 以 避免输入数据出错 传统短路电流实用计算方法中 三相短路电流初始值 次暂态电流 按下式计算 4 式中 是短路发生前故障点的电压 线电压 即正序网络中相对 于短路点的戴维南等值电势 是短路点的输入电抗 即 1 式中的短 路电抗 传统短路电流实用计算方法忽略发电机 变压器和输电线路 的电阻 网络的各元件都只用电抗表示 为了使ETAP的计算与传统实用计算相一致 本文在搭建模型时 发电 机 变压器的阻抗比X R尽可能设得大一些 如取到9999 这样在电抗 X或阻抗百分数Z 固定的情况下 X R 9999相当于R 0 对输电线路的电阻 IEC标准考虑到了不同支路有不同的时间常数X R 从而有不同的冲击 系数 根据不同要求的计算精度 IEC标准给出了三种方法计算冲击系 数 方法A 取网络中R X最小 或X R最大 的支路的R X值 或X R值 方法B 考虑到对具有复阻抗的网状电网进行简化时 用比值R X可能产生 的误差 对原有的冲击系数乘上安全系数1 15 方法C 考虑等效低频 1 3 具体计算方法可参考IEC标准 ETAP软件同样提供了峰值电流的三种 计算方法 MethodA B C 供用户选用 传统的短路电流实用计算方法并不考虑不同支路的不同时间常数 X R 而是根据不同情况规定不同的峰值系数 冲击系数 取值 对于 发电机提供的冲击电流 当短路发生在发电机电压母线时 取 1 9 短路发生在发电厂高压侧母线时 取 1 85 在其他地点短路时 取 1 8 对于负荷提供的冲击电流 对小容量的电动机和综合负荷 取 1 容量为200 500kW的异步电动机 取 1 3 1 5 容量为500 1000kW的异步电动机 取 1 5 1 7 容量为1000kW以上的异步电动 机 取 1 7 1 8 4 本文仿真计算的三个算例的短路点既不在发电机电压母线 也不在发 电厂高压侧母线 如果用传统实用计算方法计算 取 1 8 按照 4 式计算出对应的X R 14 07 可以认为电抗远大于电阻 即可忽略电阻 因此在用ETAP仿真计算时选择计算精度要求不高的方法A MethodA 2 算例分析 2 1 算例概况 图1 算例1的系统单线图 本文应用ETAP建立的三个算例的系统单线图如图1 3所示 对三个算 例系统设置短路故障如下 算例1 4 的母线Bus7发生三相短路 算例 2 4 的母线Bus3发生三相短路 算例3的母线Bus4发生三相短路 ETAP的三相短路电流计算与传统实用计算比较分析 112 张慧华 黄 辉 戈睛天 1 上海长兴供电公司 上海 201913 2 上海电力学院 上海 200090 摘 要 用ETAP的IEC标准短路电流计算模块对小系统算例进行仿真计算 并和传统实用计算结果比较 计算结果表明 调整某些设置后ETAP的计算结果与实 用计算结果更加接近 关键词 ETAP IEC 短路电流 实用计算 中图分类号 TM7 文献标识码 A 文章编号 1671 7597 2011 0210188 02 源 代替 即计算出短路阻抗 三相短路电流初始值 暂态电流 可按下式计算 1 3 1 3 2188 X R设为1 33 两者计算结果基本一致 如表2所示 表2 调整负荷阻抗比后ETAP仿真计算与实用计算结果比较 单位 kA 图2 算例2的系统单线图 从表2可以看出 短路点负荷的阻抗比X R调整为1 33后 ETAP计算结 果与实用计算结果基本一致 算例2的负荷供给的次暂态电流的相差率最 大 但也只有8 44 在工程允许范围内 10 图3 算例3的系统单线图 2 2 短路电流计算结果比较分析 将ETAP仿真计算结果与传统实用计算结果比较 如表1所示 表1 ETAP仿真计算与实用计算结果比较 单位 kA 实用计算忽略负荷的电阻 因此ETAP计算所得的负荷供给的次暂 态电流与实用计算结果一致 至于ETAP计算所得的短路点总的次暂态电流 并不等于负荷供给的次暂态电流 与网侧供给的次暂态电流 之 和 是因为ETAP计算时求取的是相量和 即 而实用计算 直接求代数和 正因为如此 在 和 基本相等的情况下 ETAP算得 的 比实用计算结果偏小 这也解释了在调节负荷阻抗比X R前 虽然负 荷供给的次暂态电流的两者结果相差较大 但总的次暂态电流相差没有那 么大的原因 3 结论 注2 表示短路点负荷供给的次暂态电流 表示网侧供给的次 通过ETAP软件对小系统算例进行仿真计算 并将仿真结果和实用计算 暂态电流 为短路点总的次暂态电流 为短路点的冲击电流 结果比较 分析 得出以下几点结论 1 为了比较ETAP与传统实用计算 从表1可以看出 除网侧供给的次暂态电流 两者结果比较接近 的结果差异 计算条件两者应尽可能一致 比如对于元件电阻的处理 对 相差率的最大绝对值为6 35 外 其余短路电流结果都相差较大 分析 电压修正系数的设置 冲击系数计算方法的选择 2 在计算条件基本一 致的情况下 三个算例ETAP的计算结果比实用计算结果均偏高 说明这并 不是偶然 经过研究发现 在负荷侧的电压修正系数与负荷阻抗比的设置 实用计算对短路点网侧的电路化简和并后 戴维南等值电势 短路发生前 上 两种计算存在差异 3 在电压修正系数不变的条件下 如果设法调 故障点的电压 基本接近于1 0 标幺值 而负荷侧 如果认为是综合 整短路点负荷的阻抗比X R 可以使ETAP的计算结果与传统实用计算结果 负荷 则近似地用次暂态电势 和次暂态电抗 的等值电路 更加接近 偏差也在工程允许范围内 表示 这样在计算负荷供给短路点的次暂态电流时 ETAP取 实 用计算取 ETAP的计算结果比实用计算偏大 以算例1的计算结果为例 实用计算和ETAP计算所得的短路点负荷供 参考文献 给的次暂态电流 分别是1 256 kA 1 563 kA 实用计算取 1 IEC 60909 2001 Short circuit currents in three phase a c systems Part 0 Calculation of currents S IEC Publication 2002 ETAP计算取 则 2 国家标准 GB T 15544 1995 三相交流系统短路电流计算 S 1996 3 Operation Technology Inc ETAP 5 HELP M 2006 4 何仰赞 温增银 电力系统分析 上 M 第三版 武汉 华中科技大 这样可以清楚地看出ETAP计算结果比实用计算偏大的原因 学出版社 2002 实用计算忽略所有元件的电阻 对负荷同样只考虑次暂态电抗 不计 电阻 ETAP计算时负荷的阻抗比X R取软件默认的典型值10 即认为电抗 数值比电阻大10倍 忽略电阻的作用 如果设法调整短路点负荷的阻抗比 作者简介 X R 可以使两者计算结果基本一致 经调试 如果短路点负荷的阻抗比张慧华 女 上海 本科 助理工程师 上海长兴供电公司 其原因 主要在于用ETAP计算时取电压修正系数c 1 0 传统 6 7 精神消费所占比重比较低 他们将 储蓄 或用于购买看得见 摸得着的我国的广大农村建设成为经济繁荣 文明和谐的社会主义新农村 参考文献 物质产品作为生活富裕的标志 因此 引导农民在发展生产 增加收入的 1 张爱玲 关于加快农业信息化建设的几点思考 J 农业科技通讯 基础上 树立科学合理的消费观 进行健康向上的消费行为 同样是新农 2007 10 17 18 村建设的重要内容 通过金农工程 三电合一 工程 村村通 工 2 张海云 农业信息化建设在农村经济发展中的作用 J 现代农业科 程 山区信息化工程等不仅能够改善农民的生活环境 丰富文化娱乐生 技 2010 9 38 40 活 同时能够改变农民的消费